mxenes

LA CORSA AL 2D - IN CHE SENSO IL FUTURO SARÀ BIDIMENSIONALE? DOPO LA SCOPERTA NEL 2004 DEL GRAFENE È IL TURNO DEGLI MXENES, E LE POTENZIALITÀ SONO FANTASCIENTIFICHE: BATTERIE A RICARICA ULTRAVELOCE, DISPOSITIVI ELETTRONICI PIEGHEVOLI, SENSORI ULTRASENSIBILI PER LA DIAGNOSTICA MEDICA, MATERIALI CHE PURIFICANO DELLE ACQUE... - CHI SARÀ IN GRADO DI SVILUPPARE QUESTE TECNOLOGIE RAGGIUNGERÀ UN VANTAGGIO COMPETITIVO FONDAMENTALE - E INDOVINATE CHI STA GIÀ INVESTENDO PER VINCERE LA GARA? I CINESI...

Plinio Innocenzi per www.businessinsider.com

 

il grafene

La scoperta del grafene nel 2004 da parte di due fisici dell’università di Manchester ha rappresentato una svolta fondamentale nello sviluppo delle nanoscienze poiché ha aperto un vaso di Pandora da cui è fuoriuscito un piccolo universo completamente nuovo fatto di due sole dimensioni, i cosiddetti materiali bidimensionali.

 

Il grafene in realtà era sempre stato sotto i nostri occhi perché è semplicemente uno dei tanti foglietti di spessore monoatomico che formano la grafite, un materiale molto comune che utilizziamo ad esempio per scrivere con le matite. È bastato escogitare il trucco di utilizzare del banale nastro adesivo per riuscire a isolare un singolo foglio di grafene e… vincere un premio Nobel. Una volta isolato il grafene si sono presto comprese le sue straordinarie proprietà.

 

ricostruzione al computer di un foglio di grafene

Il grafene è formato solamente da atomi di carbonio legati tra di loro tramite un legame covalente, quindi molto forte, in una struttura a esagoni. I singoli fogli che sovrapposti formano la grafite sono invece tenuti insieme da legami secondari, quindi più deboli dei legami chimici. Per questo è relativamente semplice esfoliare la grafite per ottenerne grafene. La particolare conformazione di questo materiale bidimensionale fa sì che si formi una sorta di autostrada per gli elettroni che sono liberi di muoversi senza ostacoli facendo del grafene un semiconduttore molto speciale.

 

grafene

Non solo, il grafene, come i suoi parenti stretti i nanotubi di carbonio, ha anche proprietà meccaniche straordinarie che lo rende resistentissimo, centinaia di volte più dell’acciaio pur potendosi deformare facilmente.

 

Proprietà tanto uniche da generare una vera e propria corsa alla tecnologia del grafene con annunci di scoperte e applicazioni rivoluzionarie a getto continuo.

 

mxenes 2d

Le aspettative sono così elevate che alcuni stati e aziende hanno pensato di assicurarsi ampie riserve della materia prima da cui si ricava il grafene, ossia la grafite.

 

A sedici anni dalla sua scoperta tuttavia non ci sono ancora le applicazioni rivoluzionarie che si attendevano a breve anche se le aspettative rimangono indubbiamente ancora altissime.

 

Il grafene ha avuto però un altro importate merito, ha fatto comprendere, come aveva detto il fisico statunitense Richard Feynman, che c’è ancora un sacco di spazio lì sotto, alludendo al nano mondo. Se utilizzando del nastro adesivo si era riusciti ad isolare il grafene, probabilmente, si è presto intuito, esistevano tanti materiali bidimensionali ancora da scoprire. Questi materiali possono essere immaginati, esattamente come il grafene, come fogli sottilissimi dello spessore di un atomo.

 

scoperta di mxenes

La caccia ha portato in breve a risultati interessantissimi. I primi ad essere stati scoperti sono i materiali 2D con una struttura a strati simile a quella della grafite, in particolare quelli formati da dicalcogenuri di metalli di transizione. I singoli fogli di questi materiali sono formati ad esempio da uno strato di molibdeno o tungsteno tra due strati di zolfo, o selenio o tellurio. Uno di questi è il disolfuro di molibdeno (MoS2) o di tungsteno (WS2). Questi materiali bidimensionali sono quindi formati da tre strati atomici e sono dei ‘semiconduttori a band gap diretto’, cioè in grado di emettere luce quando eccitati anche dalla luce visibile.

 

foglio di grafene

Se i diversi materiali 2D vengono sovrapposti in modo opportuno formano dei sistemi stratificati, definiti come eterostrutture di Van der Waals, che possono essere utilizzate per la fabbricazione di dispositivi di nuova generazione per l’optoelettronica e la fotonica.

 

Un altro straordinario materiale bidimensionale è il nitruro di boro, il cosiddetto grafene bianco, poiché ha la stessa struttura monoatomica a legami covalenti esagonali tra boro e azoto. Contrariamente al grafene che è un ottimo conduttore, il nitruro di boro è un semiconduttore con un elevatissimo bandgap, ossia è necessaria un’eccitazione con luce di alta energia, nell’ultravioletto, per farlo condurre, tuttavia è un ottimo conduttore di calore e con un’elevatissima resistenza meccanica.

 

immagini di mxenes

La famiglia dei materiali bidimensionali si stima sia composta da qualche migliaia di elementi, dei quali solo alcune decine sono stati al momento studiati. Una vera miniera d’oro ancora da scoprire.

 

Le sorprese nel nano mondo a due dimensioni non sono finite qui però. Infatti ancora più recentemente, nel 2011, sono stati sintetizzati materiali bidimensionali ancora più esotici, i MXenes (messeni). Questa famiglia di materiali 2D è forse la più grande e potrebbe comprendere decine di migliaia di elementi. Il nome, piuttosto strano, deriva da composti ceramici formati da un metallo di transizione, M (come molibdeno o titanio), un elemento come l’alluminio o silicio, A, e un atomo di carbonio o azoto, X, che formano le cosiddette fasi MAX. Da queste fasi, eliminando uno dei componenti, come l’alluminio, si ottengono dei carburi bidimensionali, come ad esempio il Ti3C2. Il risultato del processo di esfoliazione delle fasi MAX sono appunto i MXenes, in qualche modo parenti del grafene, i nipoti del progenitore bidimensionale.

 

MXenes

Uno degli aspetti più affascinanti dei MXenes è che prima della loro scoperta non era neanche previsto che esistessero mentre ora si ritiene che ci possano essere teoricamente milioni di possibili combinazioni di metalli di transizione con carbonio e azoto in grado di formare MXenes. Si tratterà di capire quali di queste combinazioni sono stabili; una stima teorica ha valutato che potrebbero esserci fino a un milione di possibili MXenes stabili, una prospettiva mozzafiato per il mondo della ricerca.

 

Quali applicazioni possono avere i MXenes? Si possono prospettare nuove generazioni di materiali avanzati, per esempio i MXenes possono subire notevoli deformazioni meccaniche pur continuando a condurre elettricità. Batterie a ricarica ultraveloce, dispositivi elettronici pieghevoli, sensori ultrasensibili per la diagnostica medica, materiali per la purificazione delle acque. Un’applicazione molto affascinante che si prospetta è la fabbricazione di nanogeneratori triboelettrici, che trasformano i movimenti muscolari in energia elettrica. Questo permetterebbe di raccogliere l’energia generata dall’attrito, ad esempio, dalle contrazioni muscolari, durante la digitazione o una camminata e convertirla in energia elettrica. Questa tecnologia se incorporata nei cellulari li renderebbe in grado di autoalimentarsi.

 

Le prospettive aperte dai materiali bidimensionali sono dunque veramente straordinarie ed è facile immaginare che nei prossimi anni il Paese che sarà in grado di sviluppare dal punto di vista industriale queste tecnologie raggiungerà un vantaggio competitivo fondamentale. La corsa è solo cominciata e Paesi come la Cina stanno investendo grandi risorse finanziarie e umane per attrezzarsi a vincere la gara.

Ultimi Dagoreport

trump netanyahu bin salman

DAGOREPORT – TRUMP IN CUL DE SAC: A UN MESE E MEZZO DALLE ELEZIONI DI MIDTERM, IN CUI RISCHIA DI PERDERE OLTRE ALLA CAMERA ANCHE IL SENATO, IL DISTURBATO DELLA CASA BIANCA E' POSSEDUTO DALL'URGENTE BISOGNO DI USCIRE DAL PANTANO IN CUI SI È INFILATO NEL GOLFO - PER RISOLLEVARE I SUOI CONSENSI AGONIZZANTI, HA DAVANTI TRE GLI SCENARI POSSIBILI: PER DIMOSTRARE CHE IL CIUFFO CE L'HA ANCORA DURO, CONTRO IL PARERE DEI SUOI GENERALI, TRUMP ORDINA UN NUOVO MASSICCIO BOMBARDAMENTO DELL’IRAN – SECONDO IPOTESI: IL TYCOON ABBASSA LA CRESTA E RAGGIUNGE UN COMPROMESSO CON IL REGIME DI TEHERAN (PASDARAN E CIA TRATTANO DA TEMPO SOTTOTRACCIA), USCENDONE DI FATTO CON L'IMMAGINE DELLO SCONFITTO – LA TERZA STRADA VEDE I PAESI DEL GOLFO, LE CUI ECONOMIE STANNO PAGANDO UN PREZZO ALTISSIMO PER LA SCELLERATA GUERRA TRUMPIANA, TENTARE UN ACCORDO DIRETTO CON IRAN E HOUTHI PER RIPRENDERE A MACINARE PETRODOLLARI – TRA LO STALLO IRANIANO, IL CONFLITTO CHE CONTINUA IN UCRAINA, NETANYAHU SCARICATO E MELANIA INVEPERITA DI PORTARE LE CORNA, “THE DONALD” E' UN ANIMALE FERITO, QUINDI PERICOLOSO...

urbano cairo enrico mentana

DAGOREPORT - VUOI VEDERE CHE ALLA FINE TRA URBANO CAIRO ED ENRICO MENTANA FINIRÀ A TARALLUCCI E VINO, INTONANDO: CHI HA AVUTO, HA AVUTO, CHI HA DATO, HA DATO, SCURDAMMOCE 'O PASSATO? - SE CHICCO NON HA ANCORA TROVATO UNA ALTERNATIVA AL SINISTRISMO DE LA7 (CHE FINE HANNO FATTO LA ''CNN ITALIANA'' DI KYRIAKOU, IL RITORNO A MEDIASET O LE VOCI SU SKY?), DA PARTE SUA URBANETTO NON HA ANCORA SCOVATO CON CHI SOSTITUIRLO AL TG E LASCIA LA PORTA APERTA AL RINNOVO DEL CONTRATTO IN SCADENZA IL 31 DICEMBRE PROSSIMO: "LA MIA STIMA PER MENTANA E' INTATTA..."

giorgia meloni ignazio la russa antonio tajani fabio rampelli roberto occhiuto marina berlusconi cirielli

DAGOREPORT – IN QUELLA POLVERIERA CHE E' DIVENTATA L'ARMATA BRANCA-MELONI, LA MICCIA E' COLLEGATA A DUE EVENTI: L’ELEZIONE SUPPLETTIVA IN CALABRIA E IL VOTO A SCRUTINIO SEGRETO ALLA CAMERA SULLA LEGGE ELETTORALE (SPUNTERANNO FRANCO-TIRATORI TRA COLORO CHE SANNO DI NON ESSERE RICANDIDATI NEL 2027? CHE DECIDERANNO LE DONNE DI FORZA ITALIA INVEPERITE PER LA MANCATA ALTERNANZA DI GENERE?) – IL CASO CALABRESE, CON IL CANDIDATO DI VANNACCI CHE RUBA VOTI A FORZA ITALIA E RISCHIA DI FAR VINCERE IL PD, PUO’ ESSERE L’OCCASIONE CHE TAJANI ASPETTAVA DA TEMPO: REGOLARE I CONTI CON IL GOVERNATORE OCCHIUTO, SUO NEMICO INTERNO, SU CUI RICADREBBE LA COLPA DELLA SCONFITTA DI FABIO ROSCIOLI, TESORIERE DI LADY BERLUSCONI – SE LA FAIDA TRA GLI AZZURRI È PALESE, IN FDI DEVONO GESTIRE I MALUMORI DEI “RAS” LOCALI. A MILANO LA RUSSA NON DIGERISCE LA PROPOSTA DI CANDIDARE A SINDACO L’AZZURRO PEREGO, NOME NON SGRADITO A VIA DELLA SCROFA - IN CAMPANIA C’È LA ROGNA DEL VISPO CIRIELLI, L'EX COLONNELLO DI GIORGIA CHE INVOCA DI IMBARCARE VANNACCI NELLA COALIZIONE - NEL LAZIO IL MENTORE DELLE SORELLE MELONI, FABIO RAMPELLI, NON SOLO SI E' AUTOCANDIDATO A SINDACO DI ROMA IN BARBA AL PARTITO, MA SCALPITA PER PIAZZARE I SUOI "GABBIANI" NELLE PROSSIME LISTE ELETTORALI - STENDIAMO UN "PELO PIETOSO" SUL'ALTRO ALLEATO, LA LEGA SPROFONDATA AL 4,5% CON SALVINI APPESO A CIO' CHE POTRA' SUCCEDERE DOMENICA PROSSIMA SUL PRATONE DI PONTIDA...

roberto vannacci elly schlein giorgia meloni legge elettorale ballottaggio

DAGOREPORT! LA NUOVA LEGGE ELETTORALE È INCOSTITUZIONALE? MONTA IL DIBATTITO CON 160 COSTITUZIONALISTI CHE ANDRANNO AVANTI CON I RICORSI ALLA CORTE COSTITUZIONALE - LA SCOMMESSA DELLA MELONI: UNA VOLTA APPROVATA LA LEGGE, ANDARE AL VOTO A MAGGIO PER EVITARE IL GIUDIZIO DI INCOSTITUZIONALITA' DELLA CONSULTA – LA PROTESTA DEL CIVICO ONORATO SULLE FIRME RICHIESTE PER PRESENTARE LE LISTE (6MILA PER OGNI COLLEGIO): UNA NORMA CHE IN REALTA’ FA COMODO A FORZA ITALIA E NOI MODERATI IN FUNZIONE ANTI-ONORATO MA ANCHE ALLA SINISTRA, CHE SI METTEREBBE AL RIPARO DALLE NUOVE CREATURE POLITICHE (TIPO GRILLO) – VANNACCI AL 99% NON DOVREBBE AVER BISOGNO DI RACCOGLIERE LE 6MILA FIRME - L’ABNORME PREMIO DI MAGGIORANZA PER CHI ARRIVA AL 42%: NON NE PARLA NESSUNO NEL PD PERCHE’ FA COMODO ANCHE A SCHLEIN…

elly schlein giuseppe conte dario franceschini

DAGOREPORT - CONTRORDINE, COMPAGNI, LE PRIMARIE SI FARANNO INDIPENDENTEMENTE DALLA LEGGE ELETTORALE! CONTE HA DATO UN AUT AUT AGLI ALLEATI DEL CAMPO LARGO METTENDO I GAZEBO COME “CONDICIO SINE QUA NON” PER ESSERE NELL'ALLEANZA CON IL PD – MA LE PRIMARIE, OLTRE A ESSERE DIVISIVE, SONO UN GRAN CASINO SUL FRONTE REGOLAMENTARE: SARANNO APERTE O CHIUSE? CI SARA’ IL VOTO ONLINE? E PREVEDERANNO UN BALLOTTAGGIO? - PER ELLY, CHE TREMA PERCHÉ CONTE CON LA POSIZIONE SULL’UCRAINA DRENA VOTI AL PD SCESO AL 20%, I GAZEBO SONO DIVENTATI UN PROBLEMA ANCHE ALL’INTERNO DEL PARTITO (AL PUNTO CHE NON HA POTUTO CONCEDERE L’ENDORSEMENT A MARIO CALABRESI, CANDIDATOSI A SINDACO DI MILANO, PERCHÉ HA PAURA DI PERDERE I VOTI DI PIERFRANCESCO MAJORINO). COSI’ PER BLINDARSI E’ COSTRETTA A STRINGERE ACCORDI CON RENZI, FRANCESCHINI E ALTRI CAPATAZ DEM. MA NON ERA LEI CHE DICEVA “NON VOGLIAMO PIÙ CAPIBASTONE E CACICCHI?”

giorgia meloni tommaso longobardi giovanbattista fazzolari gian marco chiocci filini

DAGOREPORT - COME MAI GIORGIA MELONI HA FATTO “ROTOLARE LA TESTA” DEL SUO STRATEGA SOCIAL, TOMMASO LONGOBARDI? A POCHI MESI DALLE ELEZIONI, CON I SONDAGGI CHE DANNO IL CAMPO LARGO IN VANTAGGIO E VANNACCI CHE SCIPPA CONSENSI A DESTRA, LA DUCETTA SI È ACCORTA CHE LA PROPAGANDA DI PALAZZO CHIGI NON FUNZIONA PIÙ – LONGOBARDI ERA GIÀ FINITO NEL MIRINO DEL “CERCHIO TRAGICO” DELLA SORA GIORGIA DOPO LA DISFATTA AL REFERENDUM SULLA GIUSTIZIA, DOVE ERANO STATI DECISIVI I VOTI DEGLI ELETTORI PIÙ GIOVANI PER IL “NO” – ORA LA DUCETTA VUOLE UNA SVOLTA NELLA COMUNICAZIONE DEL GOVERNO E RICICCIA L’IDEA DI ASSOLDARE COME PORTAVOCE IL DIRETTORE DEL TG1, GIAN MARCO CHIOCCI. PICCOLO PARTICOLARE: CHIOCCI, FIN TROPPO AUTONOMO ED ESPERTO, SAREBBE UN “ACQUISTO” INDIGESTO PER FAZZOLARI E FILINI, IL DUO CHE GESTISCE LA MACCHINA COMUNICATIVA DI FDI – SI VOCIFERA CHE PALAZZO CHIGI PENSI A GINO ZAVALANI, VOLTO DI ESPERIA, PER RILANCIARE I SOCIAL – LA PRECISAZIONE DI ZAVALANI